JP2009097936A - 生体サンプル判別用プレート及びそれを用いた溶液充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレートに設けられた測定部の数が増加しても、緩衝剤の注入作業が増加しない生体サンプル判別用プレートを提供する。
【解決手段】生体サンプルを測定するための複数の測定部と前記複数の測定部に前記生体サンプル測定のための溶液を注入する一つの注入部とを有する回転可能な生体サンプル判別用プレートにおいて、前記複数の測定部は、前記生体サンプル判別用プレートの外周部に配置され、前記注入部は、前記生体サンプル判別用プレートの回転中心に配置され且つ前記注入部と前記測定部とを接続する接続流路が前記測定部毎に設けられた生体サンプル判別用プレート。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＮＡやタンパク等の生体サンプルの判別に用いる生体サンプル判別用プレートに関するものである。

一般的な生体サンプルを考えた場合、大きくはＤＮＡとタンパクが存在している。そして、近年、分子生物学の急速な進展によって、様々な疾患において遺伝子の関与がかなり正確に理解されるようになり、遺伝子をターゲットにした医療に注目が集まるようになってきている。

従来提案されている生体サンプル判別用プレート１について図７から図９を用いて説明する。図７は、従来の生体サンプル判別用プレート１の溝形成面を示した図である。この生体サンプル判別用プレート１では、測定部２４のすべての緩衝剤注入口２へそれぞれ予め定めた量の緩衝剤（図示せず。）をピペットで注入する。その後、この生体サンプル判別用プレート１を軸心２２を中心として、時計回りの回転方向２３に４０００ｒｐｍで回転させ、回転による遠心力を用いて緩衝剤５を測定部２４内の流路に移動させる。

図８は、生体サンプル判別用プレート１の測定部２４の拡大図であり、流路を黒く塗りつぶした緩衝剤５が移動している状態を示す。遠心力により緩衝剤５は、流路に充填されていく。このとき、不要となった緩衝剤５は、第一オーバーフローチャンバー６に流入する。流路全体に緩衝剤５の充填が完了すれば、回転を止め、生体サンプル４をサンプル注入口３へ注入する。その後、再び、生体サンプル判別用プレート１を４０００ｒｐｍで回転させる。

図９は、生体サンプル判別用プレート１の流路を緩衝剤５とサンプル４が移動している状態を示す。図９に示すハッチング部が生体サンプル４である。回転に伴い、生体サンプル４は緩衝剤５と接触する。このとき溢れた生体サンプル４は、第二オーバーフローチャンバー７に流入するように設計されている。この後、流路の適当な位置に正負の電圧を印加して電気泳動を行うことで、サンプル４が緩衝剤５と反応しながらサンプル移動方向８へ電気泳動する。この電気泳動により、正常型ＤＮＡと変異型ＤＮＡとの分離を観測することでＳＮＰｓの判定が可能となる。（例えば、特許文献１）。
特開２００６−３０８４４７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、プレートに設けられた全ての測定部は同じ緩衝剤を使用するにも拘わらず、緩衝剤注入口は各々の測定部毎に設けられている。そのため、測定部毎に緩衝剤を注入する必要があり、測定部の数が増えるに従い緩衝剤の注入作業が増加するという課題を有していた。

本発明は、プレートに設けられた測定部の数が増加しても、緩衝剤の注入作業が増加しない生体サンプル判別用プレートを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の生体サンプル判別用プレート及びそれを用いた溶液充填方法は、生体サンプルを測定するための複数の測定部と前記複数の測定部に前記生体サンプル測定のための溶液を注入する一つの注入部とを有する回転可能な生体サンプル判別用プレートにおいて、前記複数の測定部は、前記生体サンプル判別用プレートの外周部に配置され、前記注入部は、前記生体サンプル判別用プレートの回転中心に配置され且つ前記注入部と前記測定部とを接続する接続流路が前記測定部毎に設けられたことを特徴とする。

また、本発明の生体サンプル判別用プレート及びそれを用いた溶液充填方法は、上記の生体サンプル判別用プレートを用いて、生体サンプル測定のための溶液を前記注入部に注入した後に前記生体サンプル判別用プレートを第一の回転数で回転させ前記定量チャンバーに前記溶液を充填するステップと、前記生体サンプル判別用プレートを前記第１の回転数より早い第２の回転数で前記測定部に前記溶液を充填するステップとからなることを特徴とする。

本発明の生体サンプル判別用プレート及びそれを用いた溶液充填方法によれば、全ての測定部の緩衝剤注入部を共通にしてプレートの回転中心に配置したので、測定部の数が増えても一回の作業で緩衝剤の充填を行うことが出来る。

以下に、本発明の生体サンプル判別用プレート及びそれを用いた溶液充填方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
以下、図１から図６を用いて、本実施例における生体サンプル判別用プレート１について説明する。

図１は、本実施例における生体サンプル判別用プレート１を示す図である。生体サンプル判別用プレート１の外形は８センチ四方の正方形であり、四個の角のうち一個の角を除いてＲが設けられている。残りの１角は位置決め用の面取りがされている。生体サンプル判別用プレート１の材料は、アクリル系の樹脂を使用しており、その厚みは２ｍｍである。その表面の片側は流路形成面であり、溝やチャンバーとなる凹部が形成されている。この流路形成面に厚さ５０μｍのアクリル製フィルムを接着することで密閉流路を形成する。これらの溝とチャンバーとからなる測定部２４が、生体サンプル判別用プレート１の外周部に８個設けられている。この測定部２４は、生体サンプル判別用プレート１の軸心２２を中心とした同心円上に形成されている。本実施例では、同時に８検体のＤＮＡ判別が可能である。

緩衝液を含んだＤＮＡコンジュゲート（図示せず。）を注入する本発明の特徴である緩衝剤注入部１３は、生体サンプル判別用プレート１の軸心２２上に設けられている。緩衝液を含んだＤＮＡコンジュゲート（図示せず。）は、測定部２４で生体サンプルの測定を行うときに必要となる溶液である。緩衝剤注入部１３は、この緩衝液を注入する緩衝剤注入口２と、軸心２２から星型の形状をして放射状に配置された測定部２４毎に対応して第一定量チャンバー３１から第八定量チャンバー３８を持つ。これらの定量チャンバーの先端から各測定部２４へ接続流路１５が設けられている。本実施例での接続流路１５は、幅０．０８ｍｍ、深さ０．０７ｍｍ、流路断面長さは０．３ｍｍとした。

これらの８個のチャンバーの内、第七定量チャンバー３７を例として説明する。本発明では、定量チャンバーは、緩衝剤注入部１３の外周部頂点Ｘと内周部Ｙ、Ｚ点を結んだ三角形ＸＹＺ２６と定義する。三角形ＸＹＺ２６の面積は、接続流路１５を経由して測定部２４へ送る緩衝液に応じて決めれば良い。なお、測定部の空気穴２１は、緩衝剤５を移動する際空気を抜くための穴である。

また、第一定量チャンバー３１に隣接する第八定量チャンバー３８との間にオーバーフローチャンバー１６を備えている。これらチャンバーの深さは１．５ｍｍである。さらに、緩衝剤注入口２から注入された緩衝液が、この緩衝剤５がオーバーフローチャンバー１６に流入することを防ぐために、緩衝剤注入口２からオーバーフローチャンバー１６にかけて壁が設けられている。この壁は、図１に示すように緩衝剤注入部１３を仕切るように、緩衝剤注入口２の縁からオーバーフローチャンバー１６の縁にかけて設けられている。

図２は図１のＤ−Ｄ’断面である。斜線でハッチングしている部分がアクリル製樹脂で形成されたプレート基板２７であり、黒色部分がアクリル製フィルム２８である。横線でハッチングしている部分は壁１７の断面を示し、中央の上部が緩衝剤注入口２であり、下部の空間は緩衝剤注入部１３である。壁１７は、緩衝剤注入口２の周囲を半分覆っており、しかも緩衝剤注入口２からアクリル製フィルム２８まで達し完全に緩衝剤注入部１３を分離しているので、緩衝剤５が、壁１７より右側へ流入することはない。
図３は、ピペット等で緩衝剤５を緩衝剤注入口２から注入した直後の緩衝剤注入部１３内部の緩衝液の広がりを示す。この時は、ピペットによる定量誤差を考慮し、緩衝剤５が不足しないように必要量よりも多く注入する。注入された緩衝剤５は緩衝剤注入部１３へ流入し、第一から第八定量チャンバー３１から３８へ流入しようとするが、壁１７により、緩衝剤５が一気に緩衝剤注入部１３に広がらずオーバーフローチャンバー１６へ流入しない。なお、緩衝剤注入部１３は疎水性を持たせることで、この効果を高めることが出来る。本実施例では生体サンプル判別用プレート１を構成したアクリル樹脂のプレート基板２７に疎水処理を行っている。疎水処理方法は、大気圧下でプラズマを発生させて、重合により疎水性のポリマーを生成することで疎水性を持たせている。この疎水処理を行ったプレート基板２７と緩衝剤５とのなす角は１００°である。その他に疎水性を持たせる方法として、コーティング剤にプレート基板を浸し疎水性をもたせる方法がある。また、もともと疎水性の特性を持つ材料であるポリプロピレンや、ポリエチレンなどのポリオレフィン系の樹脂材料でプレートを作成することで疎水性を持たせることも出来る。

図４は、緩衝剤５を注入した後、軸心２２を回転中心として生体サンプル判別用プレート１を時計回りの回転方向２３に第一の回転数で回転させた後の緩衝剤５の広がり方を示す。本実施例では、第一の回転数を５００ｒｐｍとした。この第一の回転数５００ｒｐｍで生体サンプル判別用プレート１を回転し始めた際、緩衝剤５は回転により発生した慣性力により、壁１７にぶつかる。すなわち回転開始時は、壁１７に近い第一から第三定量チャンバー３１から３３が緩衝剤５で満たされる。その後、回転が上昇し定常回転の５００ｒｐｍになると、慣性力は無くなり回転による遠心力により、緩衝剤５は緩衝剤注入部１３の外側に位置する第四から第八定量チャンバー３４から３８へ順次移動する。こうして、全ての定量チャンバー３１から３８が、緩衝剤５で満たされる。

ここで、回転数により発生する遠心力と接続流路１５の壁面に生じる毛細管力について説明する。回転数により発生する遠心力を（数１）に、接続流路１５の壁面が疎水性の状態で発生する毛細管力を（数２）で示す。

（数１）に示す遠心力よりも(数２)に示す毛細管力が大きければ、流路１５の壁面に生じる毛細管力が回転による遠心力に打ち勝つため、接続流路１５に緩衝剤５は流入しない。また、生体サンプル判別に必要な量より多い緩衝剤５は不要なので、遠心力によりオーバーフローチャンバー１６に収容される。このように、オーバーフローチャンバー１６を設け、必要量よりも多く緩衝剤５を注入することで、従来の構成よりもピペット等による緩衝剤の定量誤差を少なくすることが出来る。

次に、軸心２２を回転中心として第一の回転数よりも大きい第二の回転数で生体サンプル判別用プレート１を回転させると、図５に示すように、接続流路１５を介して緩衝剤５が測定部２４流入する。本実施例では、第二の回転数を２０００ｒｐｍとした。

ここで第一の回転数、及び第二の回転数の決定方法について説明する。毛細管の単位面積当たりに遠心力が及ぼす圧力Ｐ１は、（数１）に示した遠心力Ｆ１を毛細管の断面積Ｓで除した式Ｆ１／Ｓとして求めることができる。また、毛細管の単位面積当たりに毛細管力が及ぼす圧力Ｐ２は、（数２）で示した毛細管力Ｆ２を毛細管の断面積Ｓで除した式Ｆ２／Ｓとして表すことができる。

このＰ１とＰ２との関係を、図６を用いて説明する。実線はＰ１を、破線はＰ２を示す。横軸は、生体サンプル判別用プレート１の回転数であり、縦軸は、単位面積当たりの圧力である。このときの件は、接続流路１５の幅０．０８ｍｍ、厚み０．０７ｍｍで接触角θが１００°、中心から流路１５と各定量チャンバー３１から３８の接合部までの距離ｒが１５ｍｍであり、緩衝剤の表面張力γが０．０７３Ｎ／ｍであり、緩衝剤の密度が９９８ｋｇ／ｍ³とした。

圧力Ｐ１は遠心力Ｆ１で求まるため、回転数が増加するに従い大きくなるが、圧力Ｐ２は毛細管力Ｆ２で求まるため、回転数は影響せず一定である。これより一定の回転数になるとＰ１＝Ｐ２となり、その回転数を境に大きさは逆転する。図６では５２５ｒｐｍ以下の回転数ではＰ１＜Ｐ２となり、緩衝剤５は流路１５へ流入しない。５２５ｒｐｍ以上の回転数ではＰ１＞Ｐ２となるため、緩衝剤５は流路１５へ流入する。したがって、本実施例では第一の回転数は５２５ｒｐｍ未満である必要がある。本実施例では、第一の回転数を５００ｒｐｍとしており、５２５ｒｐｍ未満であり条件を満たすため緩衝剤５が流路５へ流入せず、定量することが可能となる。一方、第二の回転数は２０００ｒｐｍであり、５２５ｒｐｍ以上の回転数であるため、回転させることで各定量チャンバー３１から３８内の緩衝剤５を流路１５へ流入させることが可能となる。

また図６を利用して、接触角θが上記の実施例１００°より小さい場合について説明する。接触角θが実施例より小さい場合、圧力Ｐ２は、毛細管力Ｆ２が小さくなるためグラフ上の破線は下がるが、圧力Ｐ１は接触角θが影響しないため。従って、接触角θが小さい場合は、Ｐ１＝Ｐ２となる回転数が小さくなる。同様に、上記の実施例１００°より大きい場合を考えると、毛細管力Ｆ２が大きくなるため、グラフの破線は上がり、Ｐ１＝Ｐ２となる回転数は大きくなる。従って、第一の回転数は、接触角θが小さいほど低くする必要があり、接触角θが大きいほど早くする必要がある。

次に毛細管の断面積が実施例より小さい場合、圧力Ｐ２は、Ｌ／Ｓが大きくなるため毛細管力Ｆ２が大きくなり、グラフ上の破線は上がることになるが、圧力Ｐ１は断面積Ｓが影響しないため図６のグラフから変更はないため、Ｐ１＝Ｐ２となる回転数が大きくなる。これと同様の方法で毛細管の断面積Ｓが実施例より大きい場合を考えると、Ｌ／Ｓが小さくなりため毛細管力Ｆ２が小さくなり、グラフ上の破線は下がることになり、Ｐ１＝Ｐ２となる回転数が小さくなる。これより毛細管の断面積Ｓが小さい場合、第一の回転数は大きくでき、毛細管の断面積Ｓが大きい場合、第一の回転数は小さくする必要がある。以上より接触角θ及び、毛細管の断面積Ｓが異なる場合であっても、図６で示したＰ１＝Ｐ２となる回転数が変化するだけであるため、Ｐ１＝Ｐ２となる回転数より小さい回転数であれば、常にＰ１＜Ｐ２となる緩衝剤５が流路１５へ流入することを防ぎ、定量することができる。第二の回転数については、Ｐ１＝Ｐ２となる回転数より大きい回転数であれば、常にＰ１＞Ｐ２となり緩衝剤５を流路１５へ流入させることが可能となる。

以上のように本実施例においては、緩衝剤注入部１３を各定量チャンバー３１から３８とオーバーフローチャンバー１６及び壁１７で構成し、緩衝剤５を注入後、第一の回転数で生体サンプル判別用プレート１を回転させることで、全ての定量チャンバー３１から３８とオーバーフローチャンバー１６及び壁１７を利用して緩衝剤５の定量を行い、第二の回転数で生体サンプル判別用プレート１を回転させることで各定量チャンバー３１から３８内の緩衝剤５を流路１５へ流入させることができ、緩衝剤５を注入する煩雑な作業を簡単にする。

また本実施の形態では、オーバーフローチャンバー１６、壁１７を設けたが、本実施の形態のように正確な定量が要求されない場合には省略することも可能である。

また緩衝剤注入口２を回転中心に設けたが、第一及び第二の回転数で液漏れが発生しない範囲で、緩衝剤注入部１３の任意の場所に設けてよい。

本発明の生体サンプル判別用プレートは、遺伝子解析装置等として有用である。

本発明の実施例における生体サンプル判別用プレートの溝形成面を示す図 本発明の実施例における生体サンプル判別用プレートの緩衝剤注入部の断面図 本発明の実施例における生体サンプル判別用プレートに緩衝剤を充填した図 本発明の実施例における生体サンプル判別用プレートに緩衝剤を充填し、第一の回転数にて回転中の緩衝剤の状態を示した図 本発明の実施例における生体サンプル判別用プレートに緩衝剤を充填し、第二の回転数にて回転中の緩衝剤の状態を示した図 回転数と単位面積当たりの圧力の関係を示したグラフ 従来の生体サンプル判別用プレートの溝形成面を示した図 従来の生体サンプル判別用プレートの緩衝剤を注入後、回転中の測定部を示す図 従来の生体サンプル判別用プレートの緩衝剤とサンプルが注入後、回転中の測定部を示す図

符号の説明

１ 生体サンプル判別用プレート
２ 緩衝剤注入口
３ サンプル注入口
４ 生体サンプル
５ 緩衝剤
６ 第一オーバーフローチャンバー
７ 第二オーバーフローチャンバー
８ サンプル移動方向
１３ 緩衝剤注入部
１５ 接続流路
１６ オーバーフローチャンバー
１７ 壁
２１ 空気穴
２２ 軸心
２３ 回転方向
２４ 測定部
２５ 第一の回転数初期の緩衝剤
２６ 三角形ＸＹＺ
２７ プレート基盤
２８ フィルム
３１ 第一定量チャンバー
３２ 第二定量チャンバー
３３ 第三定量チャンバー
３４ 第四定量チャンバー
３５ 第五定量チャンバー
３６ 第六定量チャンバー
３７ 第七定量チャンバー
３８ 第八定量チャンバー

Claims (10)

1. 生体サンプルを測定するための複数の測定部と前記複数の測定部に前記生体サンプル測定のための溶液を注入する一つの注入部とを有する回転可能な生体サンプル判別用プレートにおいて、
   前記複数の測定部は、前記生体サンプル判別用プレートの外周部に配置され、
   前記注入部は、前記生体サンプル判別用プレートの回転中心に配置され且つ前記注入部と前記測定部とを接続する接続流路が前記測定部毎に設けられた生体サンプル判別用プレート。
2. 前記注入部は前記測定部毎に一つの定量チャンバーを持ち、前記接続流路は前記定量チャンバーと前記測定部との間を接続するように設けられている請求項１に記載の生体サンプル判別用プレート。
3. 前記注入部は、前記生体サンプル判別用プレートの回転軸の位置に前記生体サンプル測定のための溶液を注入するための注入口から構成される請求項２に記載の生体サンプル判別用プレート。
4. 前記注入部は、任意の前記定量チャンバーと前記定量チャンバーに隣接する前記定量チャンバーとの間に配置した一つのオーバーフローチャンバーから構成される請求項３に記載の生体サンプル判別用プレート。
5. 前記注入部は、前記生体サンプル測定のための溶液を注入する時に前記オーバーフローチャンバーに前記溶液が充填されないように前記注入部を仕切る壁から構成される請求項４に記載の生体サンプル判別用プレート。
6. 前記壁は、前記注入口の縁から前記オーバーフローチャンバーの縁まで繋がるように設けられている請求項５に記載の生体サンプル判別用プレート。
7. 前記注入部は、その内壁が撥水処理されている請求項１に記載の生体サンプル判別用プレート。
8. 請求項１に記載の生体サンプル判別用プレートを用いて、
   生体サンプル測定のための溶液を前記注入部に注入した後に前記生体サンプル判別用プレートを第１の回転数で回転させ前記定量チャンバーに前記溶液を充填するステップと、
   前記生体サンプル判別用プレートを前記第１の回転数より早い第２の回転数で前記測定部に前記溶液を充填するステップとからなる生体サンプル判別用プレートの溶液充填方法。
9. 前記第１の回転数は、前記接続流路に発生する毛細管力よりも小さい遠心力が発生する回転数である請求項８に記載の生体サンプル判別用プレートの溶液充填方法。
10. 前記第２の回転数は、前記接続流路に発生する毛細管力よりも大きい遠心力が発生する回転数である請求項８に記載の生体サンプル判別用プレートの溶液充填方法。

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